全無機鈣鈦礦太陽能電池與水蒸汽化“敵”為“友”
引言
近年來,基于CsPbBr3的無機鈣鈦礦太陽能電池(PSC)由于具有優異的熱學和化學穩定性受到了科研人員的廣泛關注。研究發現,與有機-無機雜化PSC相比,全無機CsPbBr3太陽能電池可以在相對濕度90%以上的空氣環境中保持穩定。已開發的無機PSC只能將太陽能轉換為電能,而對周圍環境中的水蒸汽能等其它能量不能吸收利用。水蒸發是實現水循環的關鍵過程,在此期間釋放出巨大的水蒸汽能。如何在不增加電池成本的前提下,實現無機PSC的多能集成應用是當前光伏研究領域的前沿科學問題之一,尤其使PSC器件與水蒸汽化“敵”為“友”更是實現最大能量收集的難題。
成果簡介
近日,暨南大學唐群委教授(通訊作者)設計了一種基于碳電極的無空穴全無機PSC器件,利用碳電極巧妙地實現器件同時捕獲太陽能與水蒸汽能。其基本原理是:在太陽光照時,碳電極可以提取CsPbBr3產生的光生空穴,實現電子-空穴對的有效分離;而在高濕環境中,碳電極又與水蒸汽間的水伏效應產生額外的電壓與電流,實現水汽誘導發電。通過優化電池的能級結構以及碳電極的表面結構,該全無機PSC在標準太陽光照條件下獲得9.43%的光電轉換效率,同時在80%的相對濕度下可以獲得0.35 V電壓和0.45 μA電流。由于無機鈣鈦礦CsPbBr3具有非常優異的穩定性,因此該電池仍可以在該濕度下保持非常優異的穩定性,對多能集成光伏電池的發展提供了新的思路。相關成果以“Carbon Electrode Tailored All-Inorganic Perovskite Solar Cells To Harvest Solar And Water-Stream Energies”為標題發表在Angewandte Chemie International Edition雜志上。
圖文簡介
圖1.能同時捕獲太陽能和水蒸汽能的全無機PSC器件結構和電荷傳輸示意圖
圖2.無機CsPbBr3薄膜的形貌、全無機PSC的光伏性能以及水蒸汽發電性能
(a)CsPbBr3和(b)碳電極的表面SEM圖。
(c)全無機PSC的SEM斷面圖。
(d)全無機PSC的J-V曲線。
(e)全無機PSC的效率分布。
(f)碳電極經不同等離子處理時間后的水蒸汽誘導電壓信號。
(g)碳電極經不同等離子處理時間后的水蒸汽誘導電流信號。
圖3.碳電極在不同濕度環境下的發電能力和穩定性
(a)電壓和(b)電流隨濕度的變化曲線;
(c)電壓和(d)電流在RH= 80%的長期穩定性。
圖4.全無機PSC器件的穩定性
(a)CsPbBr3薄膜在RH= 80%下的紫外-可見吸收光譜曲線,以及(b)515nm處的吸收峰強度隨時間的變化。
(c)~(f)光伏參數在RH= 80%下的穩定性。
責任編輯:蔣桂云
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